基于開源DRUPAL移動在線學習管理系統開發設計

周化鋼，劉　昊，任其達

（南寧學院 信息工程學院，廣西 南寧　530200）

0　引言

互聯網，計算機和通信技術的發展，讓許多傳統行業發生革命，例如，電子商務改變了人們購物的習慣，移動通信讓傳統的固定電話逐步消失，計算機低功耗CPU技術，觸摸屏和操作系統的發展，出現了智能手機，依托這些最新的技術，到了2013年，隨著MOOC（大規模在線課程）的出現，引發了教育領域一場在線教育革命[1]，并演化出了微課程，翻轉課堂，SPOC（小規模私有在線課程）平臺和O2O線上線下混合教學等學習模式。例如，中國人民大學就開始嘗試采用SPOC教學平臺，體驗到SPOC教學平臺的好處[2]。

在線教育和智能手機的結合，帶來了移動在線學習管理工具的需求，成為研究開發熱點，例如，哈爾濱工業大學的魏洪偉團隊，開發了“基于Android平臺的互聯網+移動學習系統”[3]，大連理工大學高卓立的“基于移動終端的在線教育的設計與實現”[4]，及山西大同大學國家自然科學基金青年科學基金項目“基于 Android的移動在線教育平臺的設計與實現”[5]。通過分析現有的系統和大家的設計思想，本課題主要研究目標是針對自己學校的特點，開發一個適合本校的移動在線學習管理系統。

1　在線學習管理系統分析

1.1　在線學習管理系統的功能研究

首先，我們分析比較兩個流行的在線學習管理系統，超星的學習通和清華大學的雨課堂（https://www.yuketang.cn/）。在線學習的主要功能如表1所示：

表1　在線學習主要功能Tab.1　E-learning main functions

除了在線學習管理的基本功能外，其他增強功能如表2。

表2　在線學習的其他功能Tab.2　E-learning other functions

這兩個流行在線學習管理系統功能非常強大，但是，美中不足的是，無法根據學校的教學管理模式進行定制，雖然兩個系統都有綁定學校功能，其實就是與學校教務系統對接，獲取學校教務信息，試圖打造某一個學校的在線學習管理系統。但是，這種公用設計的系統，仍然無法解決學校教學管理的特殊性。所以，根據每一個學校的特殊性來開發一個在線學習管理系統是必要的。

1.2　在線學習管理系統的開發模式和可行性分析

我們從以下三個方面對在線學習管理系統的開發模式、開發靈活性，難易程度等方面進行分析：

（1）利用國外針對教育的開源學習管理系統，例如，LMS（Learning Management System）開源學習管理系統、VLE（Virtual Learning Environment）開源虛擬環境學習系統、CMS（Course Management System）開源的課程管理系統和 LCMS（Learning Content Management System）學習內容管理系統，而最著名的開源在線學習管理系統是 Moodle（moodle.org），被廣泛應用于大中小學教育系統，2016年四月還發布了Moodle Mobile 3.0，進入移動學習領域。例如，文獻[6][7]采用Moodle平臺構建的系統。雖然以上系統是針對教育領域的，但是，靈活性差，要定制自己的功能比較難。

（2）完全自主設計開發一套在線學習管理系統，通過調研發現，這個是國內目前采用最多的開發方法。“并且還有本科生、碩士生、博士生，他們都樂于選擇這一領域作為畢業論文研究課題”[8]。例如，近幾年許多碩士論文都是側重于自主開發的系統，其中有基于HTML5的WEB移動學習平臺設計與實現[9-11]，基于Java Web和Struts 2＋Spring+Hibernate框架的在線學習系統的設計與實現[12-14]，基于云服務的教師教學網站的設計與實現[15]。自主開發，耗時費力，開發出來的功能不規范，或不完善，推廣應用難。

（3）利用開源內容管理系統（CMS）開發，目前國內外比較流行的CMS系統有Drupal， Wordpress和Joomal。CMS系統的優勢是模塊化，靈活應變，基本不需要編寫計算機代碼就可以開發一個門戶網站，甚至可以構建某一領域的應用系統。通過知網關鍵字“Drupal”搜索發現，比較多的高校領域更傾向于采用Drupal平臺來開發教育應用系統[16]。

1.3　Drupal開發在線學習管理系統的優勢

Drupal的生態圈非常大，通過官網（https://www.drupal.org/project/ project_module）統計分析，到2018年3月，Drupal社區貢獻了共有39,987個模塊。特別是Drupal 7的教育類模塊就有115個之多，其中就有著名的Quiz模塊，可以輕松地用來構建作業和考試題庫，其包含所有題庫類型如選擇題，對錯題，填空題，問答題等等。此外，還有半成品的在線學習系統模塊，如Course，用來構建商業化的在線課程學習系統，功能包括課程購買，注冊，聽課記錄，證書發放，學分管理，學習統計報告等等強大功能。但是，為了結合本校的教學管理方式，本課題選擇了用Drupal[17]核心及第三方模塊，用來開發一個根據本校教學管理模式定制的在線學習管理系統。

2　系統總體結構設計

系統整體結構由課程小組（教學班）組成，一個課程小組又包含四個基本核心模塊：群廣播通知、課程作業（測驗、試題）、教學資源庫（標準題庫、課件庫和視頻庫等教學資源），和課程討論區組成。如圖1所示。

圖1　系統總體結構Fig.1　The system main structure

課程小組（班級）采用Organic Groups模塊，用 Quiz模塊創建課程作業，和標準題庫，用Notification模塊創建群廣播通知，用 Taxonomy模塊進行課程分類，專業分類，和班級分類。課程資源庫包括課件，視頻等多媒體教學資源，這些資源文件上傳下載是由Drupal的核心模塊完成。

3　用戶管理

3.1　用戶角色和權限

用戶角色定義：學生，老師，題庫管理員，系統管理員。具體權限如下：

· 學生：加入課程小組（班級），做作業，查看作業成績結果，討論區發表提問。

· 老師：創建課程小組（班），創建發布作業題，管理班級學生，查看作業統計成績，群發廣播通知。

· 題庫管理員：創建、管理課程庫，錄入課程標準題庫，其他教學資源管理。

· 系統管理員：系統設置，管理用戶注冊及賦予權限。

3.2　用戶注冊

可以選擇學生或老師角色，學生，老師注冊信息會有所不同。具有題庫管理員角色的用戶由系統管理員創建。老師注冊需要系統管理員確認。注冊界面如圖：

圖2　注冊界面Fig.2　The register UI

4　課程小組管理

老師注冊登錄成功后，可以創建課程小組（教學班級），老師在自己的課程小組中發布新的作業，和自己制作的課程視頻，課程課件，發討論帖，回答學生問題，及在課程小組群發通知。在課程小組中，老師和學生和課程小組用用例圖描述如下：

圖3　老師，學生，課程小組，課程作業的用例圖Fig.3　The user case of teacher, student, class and assignments

老師創建一個課程小組，相當于一個教學班級，創建課程小組界面如圖：

圖4　創建課程小組Fig.4　Creating course group

5　題庫設計

一門課程的核心模塊，除了教學視頻，課件外，最重要的模塊是題庫（作業、測驗、和考試）設計[18]，而Drupal社區就有一個著名的在線教育的核心題庫模塊Quiz。

5.1　Quiz模塊

著名的Quiz模塊（https://www.drupal.org/project/quiz/）提供的題型非常多，目前最新版本有以下題型：

· True or false（判斷題）

· Multiple choice（選擇題）

· Short answers（填空題）

· Long answers（問答題）

· Scale（量表題）

· Question directions（導向題）

· Matching（匹配題）

· Drag and drop（拖拽題）

· 通過下面插件，還可以實現更多題庫功能：

· H5P questions –添加基于HTML5的更多題型。

· Charts –考試，作業結果統計圖。

· jQuery Countdown –考試，測驗計時器。

· Views Data Export –批量導出答題結果。

5.2　標準題庫建設

一門課程，必須有一個通用的標準題庫，作為在線考試或在線作業布置的資源。標準題庫建設，更符合一個真實學校的教學管理模式，而很多慕課平臺、SPOC平臺是沒有提供標準題庫功能，包括我們前面提到的超星的學習通和清華大學的雨課堂。有了標準題庫，如果一門同樣的課程分成兩個教學班，分別由A老師和B老師上，那么，A老師和B老師都可以從標準題庫中創建和布置作業，這樣，可以控制學習資源的統一，而不會因為同一門課，不同老師上課產生過大的差異。這就是公開課慕課學習平臺和學校教學學習平臺的區別。

創建課程題庫或作業界面如下：

圖5　題庫創建Fig.5　Creating question bank

有了標準題庫，老師就可以發布作業，學生通過課程小組在線做作業，下面是一個選擇題的答題界面：

圖6　選擇題的答題界面Fig.6　The UI of choice question

6　課程與班級關系

我們在設計上，把課程和班級都看成容器，用Organic Groups群組模塊實現。課程里面存放的是標準題庫，課件庫，視頻庫，及其它教學資源，而班級，在我們系統里稱之為課程小組，是課程的子容器（相當于面向對象的子類），繼承了課程容器的所有資源，這種設計方式，主要是實現兩個現實教學管理目標：

（1）實現并解決了同一門課的教學資源共享問題。例如，《C語言程序設計》課程，課程容器建有一個標準題庫、課件庫，視頻資源庫等教學資源，一個學期可能會分成三個教學班上課，那么，系統可以從《C語言程序設計》課程容器發布教學資源給三個課程小組（教學班）A,B,C使用，同時，課程小組A的老師制作的教學資源也可以在其他課程小組相互分享，發布給課程小組B和C。如圖所示：

圖7　一門課的教學資源、標準題庫共享Fig.7　The share of teaching resource and general question bank in one course

（2）實現課程團隊的協同工作。一門課程的標準題庫、課件和視頻由課程負責人創建，課程團隊老師加入到課程容器，課程負責人和課程團隊老師被系統管理員授予題庫管理員權限。他們可以隨時修改，添加課程容器里面的教學資源，或者從授課老師的課程小組里面將新的教學資源發布回課程容器。

課程和班級關系的設計如下面用例圖所示：

圖8　課程和班級的關系用例圖Fig.8　The relationship of course and class within user case

7　作業、測驗和在線考試統計

題庫的統計功能是通過Charts模塊做出的餅形圖，棒形圖。如下圖8是一個課程小組（班級）在線作業的成績統計圖，圖9A列出90分以上的學生名字和成績，圖9B是60分及格、不及格及未能完成測試的分布，圖9C是80-90分的學生有54人，60-80分有39人，40-60分有14人，20-40分有4人，0-20分有24人。

圖9　A　最高分獲得者統計Fig.9A　The top scorers

圖9　B　測試通過率分布Fig.9B　The distribution of test result

圖9　C　成績區間分布統計Fig.9C　The distribution of scores

8　群廣播

通過Notification模塊，就可以在一個課程小組（班級）群發送電子郵件通知，界面如圖：

圖10　群發電子郵件Fig.10　The group notification by email

9　課程討論區

創建的課程小組就是相當于QQ的群概念，小組成員包括學生，老師都可以在課程小組發帖，展開問題討論，討論區用例圖如圖11所示。

10　移動設計

Drupal的強大之一是不僅僅是一個CMS系統，還有很多基于移動設備的模塊，通過Mobile Theme模塊+Mobile主題的引入[19]，Mobile Theme模塊實現移動設備檢測和移動瀏覽器識別來切換到Mobile主題，而不用分別開發 PC和移動的兩套系統。只要添加上面兩個模塊就可以做到移動響應式布局效果，并在PC和移動設備之間切換主題界面。

圖11　討論區用例圖Fig.11　The user case of forums

11　結語

11.1　未來研究方向及存在問題

我們利用Drupal這個開源CMS系統，結合高校具體的教學模式，進行系統設計，利用Drupal的各種現有模塊巧妙地組合搭配和設置，成功開發了一個具有基本功能的在線學習管理系統。在開發過程中，還有一些問題需要解決，主要在這幾個方面：

（1）中文化問題。由于 Drupal是一個國外開發的CMS系統，雖然，中國的開發人員無私奉獻了Drupal核心模塊的翻譯，但是還有很多模塊沒有完全中文化，幸好，Drupal提供了手工翻譯功能，無需第三方幫助，系統開發者自己可以做到完全中文化界面翻譯。

（2）與中文社交網絡接口問題。一個在線學習管理系統，如果要建立廣泛的生態環境，需要與現有的社交網絡應用互動的接口，例如，把學習內容分享到微信和QQ上。雖然，中國的開發者在努力提供了Drupal相應的社交模塊，但是模塊功能不是很全，版本更新比較慢。如果自己開發相應接口模塊，花費時間和人力太大。

（3）系統子域名管理問題。系統設計完成后，隨著老師注冊進入系統逐漸增多，課程分類，班級管理出現很大問題，我們提出的解決方法是系統按二級學院分成獨立的子系統，這樣，信息工程學院的子系統，基本是本學院老師和學生注冊，課程也是按信息工程學院人才培養方案的教學大綱進行分類，管理趨于合理化。而Drupal系統是允許實現多站點（Multi-Site-Sharing）管理，共享一套基本代碼，使用不同的數據庫和配置文件管理子系統，減少管理復雜性。也可以考慮Subdomain模塊，提供一個更簡單的解決方案。

未來，我們將在下面幾個方面對系統進行改進：

（1）加強數據分析的功能。除了在線作業、測驗的成績統計分析，通過視頻觀看，課件下載量或在線閱讀時間等方式，及學生在課程討論區的提問和跟帖數據，分析學生學習行為。

（2）更多地利用移動技術優勢。例如，二維碼+地理位置簽到考勤，手勢簽到，人臉識別，在線問卷調查，彈幕互動等等。

（3）加強碎片化教學資源的分類整理。教學資源，除了傳統的自己制作的微視頻，課件外，互聯網上也包含有豐富的學習資源，Drupal提供了強大的多媒體內容管理功能，很容易將YouTube，土豆，優酷等等視頻網站資源鏈接進來。

（4）加強課堂管理功能[20]。我們的系統實現了PC和移動端的自動切換功能，在多媒體教室環境的課堂上，利用在線學習系統實現老師使用 PC機，學生使用手機進行互動。

（5）與現有的在線學習管理系統銜接。前面提到的雨課堂和學習通，在高校領域有了一定的市場，利用這些現有的在線學習系統資源整合到我們的系統[21]，建立一個良好的在線學習系統生態圈。

總之，利用Drupal社區豐富的模塊生態圈，基本滿足實現大部分功能。甚至，通過Drupal提供的模塊開發接口，編寫代碼實現自己的設計思想，來達到構建一個更高層次的商業級系統。

11.2　開發小結

我們不用寫代碼，就可以設計完成一個擁有基本功能的在線學習管理系統，對于學校老師來說，這個系統的成本低，開發效率高，使用簡單，容易上手。更容易根據學校教學管理特點來定制自己的在線學習管理系統，由于使用開源的Drupal開發，可以免費地推廣應用到各個學校，不用擔心版權問題。